RLHB-AO宁夏地埋式一体化污水处理设备

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启动过程中水质变化及氮去除率变化

　　(2)活性停滞期(PhaseⅡ: 15~74 d)

　　该阶段出水NH4+-N浓度不断下降，但依旧高于或基本等于进水NH4+-N浓度. 从出水NO2--N浓度来看，前27 d依旧保持很低(低于0.1 mg ·L-1)，去除率均达99%以上，反硝化作用依旧很强. 然而，从第28 d开始，出水NO2--N浓度不断升高，达31 mg ·L-1，去除率不断降低，低达到44.57%. 这是因为第Ⅰ阶段的溶酶作用产生的有机物以及污泥中含有的有机物不断被消耗，反硝化作用降低造成出水NO2--N 浓度的升高[18].

　　(3)活性提高期(PhaseⅢ: 75~119 d)

　　从75 d开始，出水NH4+-N不断降低，去除率不断升高，达86.2%; 出水NO2--N的浓度开始降低，去除率持续升高，在第92 d恢复到99.4%. 在该阶段，NH4+-N和NO2--N大幅度被消耗，表明ANAMMOX开始显现[19].

　　(4)稳定运行期(PhaseⅣ: 120~170 d)

　　反应器运行到120 d，NH4+-N、 NO2--N去除率都高达97%，此后出水基本稳定，表明反应器启动成功. 稳定运行期间，NH4+-N、 NO2--N负荷分别为62.3 g ·(m3 ·d)-1、 68 g ·(m3 ·d)-1，平均去除率分别高达97.4%、 99.7%，厌氧氨氧化反应器的培养阶段结束.

　　2.1.2 R2反应器启动特征

　　R2反应器的启动特征与R1基本相似，但也存在差异. 从污泥截流来看，R2反应器前3 d的污泥浓度(以MLSS表示)2.74、 1.12、 0.56 g ·L-1,从第4 d开始出水未检测到SS，R1反应器比R2具有更好的截流污泥能力，这也是接种颗粒污泥的优势.

　　从启动的过程和污染物去除特征来看，R2反应器的菌体水解期持续时间较R1多13 d，且在前3 d的出水NH4+-N浓度都高于R1，尤其第1 d出水NH4+-N高达94.5 mg ·L-1，推测是R1反应器接种的颗粒污泥来自于工业废水UASB反应器，有机物和有机氮含量高所致. 但是，活性停滞期的持续时间相对R1较短，仅37 d，NO2--N浓度升高，达29.1 mg ·L-1，去除率仅为41.3%~66.4%. R2反应器在第62 d进入活性提高期，较R1提前12 d，该阶段出水NH4+-N不断减低，去除率不断升高，达94.2%; 同时NO2--N去除率也大幅度升高，在82 d恢复到99.4%，此后维持在99%左右. 在第125 d，R2反应器运行进入稳定运行期，NH4+-N平均去除率92.0%，略低于R1; NO2--N平均去除率和R1相近，达99.9%. 同时，从污泥截流率看(该时段反应器总污泥量除以接种污泥量)，R2反应器居于劣势，平均污泥截留率仅为33.6%，而R1反应器的平均污泥截留率为41.9%，表明接种具有良好沉降性能的颗粒污泥可有效减少污泥的流失，截留ANAMMOX微生物，促进其富集.

　　R1反应器进入活性提高期的时间较晚，而进入稳定期的时间较早，推测是R1反应器接种的颗粒污泥来自于工业废水UASB反应器，以人工配水为底物进行驯化，活性恢复较为困难，所需复活时间长. 但是由于颗粒污泥的沉降性能较好，流失较少，活性一旦恢复，微生物的基数大，增长的也快，较于R2反应器提前进入稳定期，稳定运行期R1对NH4+-N的去除率略高于R2. 总体来说，即使R1污泥截留量明显高于R2，两者表现出厌氧氨氧化活性的时间相差不大，均取得良好的脱氮效果，说明接种污泥的不同并未造成ABR厌氧氨氧化反应器的启动规律和污染物去除特征有明显差异.

　　不管是R1还是R2反应器，启动耗时基本接近，在120 d左右，这与许多研究者的研究结果*[20,21]. 如朱月琪等[2]在ABR反应器内接种厌氧河流底泥，在4个月内成功启动厌氧氨氧化，稳定运行时NH4+-N和NO2--N的容积负荷分别为31.9 g ·(m3 ·d)-1和31.2 g ·(m3 ·d)-1，平均的去除率达85.2%和98.2%. 本研究中R1和R2反应器的启动时间与其研究接近，但对底物的平均去除率均略高，这可能与接种的污泥、 容积负荷、 pH及其他*的环境因素相关.

　　2.2 3种氮素之间的定量关系

　　目前，学术界普遍接受的ANAMMOX菌分解合成的总计量化学式如式(1)所示[1].

　　由式(1)，厌氧氨氧化反应中NH4+-N与NO2--N的消耗量，以及NO3--N的生成量理论比值为1 ∶1.32 ∶0.26. 然而，不同研究者得出的结论之间存在着差异，冯平等[22]研究结果表明，稳定运行阶段三者之间的比值为1 ∶1.44 ∶0.26; 而彭绪亚等[23]采用两套UASB反应器启动ANAMMOX反应，稳定时三者比值分别为1 ∶(1.1～1.2) ∶ (0.25～0.45) 和 1 ∶(1.1～1.2) ∶(0.30～0.40)，可能是接种污泥的性质、 pH等环境的*性导致的差异.

　　本实验中，R1、 R2达到稳定运行后三者的比值分别为1 ∶1.16 ∶0.21和1 ∶1.27 ∶0.36，这与Strous等[1]的研究结果有一定差异. 两个反应器中NH4+-N与NO2--N消耗量的比值分别为1 ∶1.16和1 ∶1.27，均低于理论值，可能是反应器进水未进行有效除氧，导致部分NH4+-N被亚硝化菌和硝化菌转化为NO2--N和NO3--N，使得NO2--N与NH4+-N消耗量比值小于理论值. 但是在NO3--N生成量与NH4+-N生成量之间，两个反应器存在差异，R1反应器略小于理论值，推测稳定期R1反应器中可能还存在反硝化作用，这主要是因为UASB颗粒污泥有机质含量较高，且颗粒污泥菌体释放有机物的速率较慢所致[24]; 但是，R2反应器高于理论值，具体原因还有待分析.

　　2.3 格室间的氮素去除规律

　　对稳定期间各格室氮素去除规律分析发现(图 3)，R1反应器中NH4+-N和NO2--N基本在*格室已被去除，去除率均高达99%以上，其余4个隔室并未起到作用. R2反应器的去除规律有所不同，*格室虽然对NO2--N和NH4+-N具有较大的去除作用，NO2--N去除率高达99%，NH4+-N去除率85%，但其余4个格室对NH4+-N亦有去除作用，贡献率为7%. 从NO3--N 的生成量及每个格室的变化情况看，均在*格室生成NO3--N，且R1*格室生成量比R2*格室高8.3 mg ·L-1，随后NO3--N均被逐渐消耗部分，且两个反应器的消耗量基本相同. 监测稳定运行时的各格室的污泥浓度发现(表 2)，R2反应器污泥浓度总体低于R2反应器，尤其*格室的污泥浓度比R2反应器的*格室的污泥浓度低34%，两个反应器对氮的去除存在一定的差异，造成该结果的原因很多，如污泥的性质及污泥量、 生物量等，但具体原因有待进一步研究.

　　图 3 稳定运行时水质变化

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　　表 2 稳定运行时的各格室的污泥浓度

　　接种的厌氧颗粒污泥和厌氧絮状污泥分别是黑色和灰黑色，启动成功时R1、 R2反应器的相对应格室的颜色相似，均是*格室有少部分的红棕色，随着水流的方向颜色变化依次为少量红棕色 黄褐色 黑色，该现象与鲍林林等[25]研究相似. 而典型的ANAMMOX细胞中含有大量的*而呈现红色[26]，结合*格室对氮素的大部分的去除，可认为该格室的红色菌群为ANAMMOX，且高于其他格室. 其余格室由于基质的浓度低导致ANAMMOX的富集度较低，颜色是黄褐色甚至后格室仍保持原接种污泥颜色黑色，但对每个格室菌属类别仍需进一步的鉴定. 从污泥形态看，R2中污泥以不规则块状和絮状存在，R2中污泥是不规则块状、 絮状和部分颗粒污泥，可能由于水力负荷较低，没有足够的剪切力使得在ABR中诱导絮状污泥形成颗粒污泥，可尝试通过提高流速，增大剪切力来培养厌氧颗粒污泥.

　　3 结论

　　(1)接种厌氧絮状/颗粒混合污泥、 厌氧絮状污泥的ABR反应器，分别经过120 d和125 d均成功启动厌氧氨氧化反应，都经历了菌体水解期、 活性停滞期、 活性提高期和稳定运行期等4个阶段，稳定运行期间对NH4+-N和NO2--N的去除率均可达到90%以上，且NH4+-N、 NO2--N的平均去除负荷为57.3~67.9 g ·(m3 ·d)-1，R1在NH4+-N的去除负荷上略高于R2.

　　(2)启动成功后，两个ABR反应器的*格室均已去除90%以上的NH4+-N、 NO2--N，其余格室对氮的去除贡献率较小，这与污泥的颜色特征相*，*格室部分污泥呈少量红棕色，随着水流的方向颜色变化依次为少量红棕色 黄褐色 黑色.

　　(3)以上表明，接种污泥的不同并未造成ABR厌氧氨氧化反应器的启动规律和污染物去除特征有明显差异.